发电厂电气部分第六章习题解答
发电厂电气部分 复习 第六章
2009-2010《发电厂电气部分》要点 第六章第六章导体和电气设备的原理与选择（重点！） 1. 了解电气设备选择的一般条件1、正常工作条件：额定电流、额定电压额定电压：额定电压>电网额定电压（Ns N U U ≥）额定电流：额定电流>回路最大持续工作电流（max I I N ≥）2、短路条件：热稳定、动稳定 热稳定校验：设备在最严重的短路电流热效应下，发热最高温度不超过最高允许的温度（k t Q t I ≥2，t I 、t 为电气设备允许的热稳定电流和时间，kQ 短路产生的热效应）短路计算时间：继电器工作时间pr t +断路器全断开时间br t （P172） 断路器全断开时间br t ：固有分闸时间in t +电弧持续时间a t动稳定校验：设备最高允许动稳定电流大于短路电流（sh es I I ≥）2. 了解电弧的形成与熄灭过程；掌握高压断路器和隔离开关的功能；掌握高压断路器 和隔离开关的选择方法和步骤。
看懂例题6－1。
P183 1、电弧：电弧的形成（绝缘介质中中性质点转换为带点质点）：阴极表面发射电子（热电子发射、强电场电子发射）——碰撞游离——热游离电弧的熄灭：复合+扩散>游离 交流电弧的熄灭条件：电弧电流过零时，弧隙介质强度恢复速度>弧隙电压上升速度2、高压断路器的功能：1、 正常运行：设备过线路投入和切出（断开负荷电流）2、 设备或线路故障时：切出故障回路（断开短路电流）高压隔离开关：不产生电弧的切换动作（不能用于切换负荷电流和短路电流）3、高压断路器的选择（1）额定电压、额定电流额定电压：额定电压>电网额定电压（Ns N U U ≥）额定电流：额定电流>回路最大持续工作电流（max I I N ≥）（2）开断电流选择 P181 pt Nbr I I ≥（Nbr I 为额定开断电流，pt I 开断瞬间短路电流周期分量）开断时间较长时s t 1.0≥:''I I Nbr ≥（起始次暂态电流）开断时间较短s t 1.0≤：’k Nbr I I ≥（3）关合电流（断路器在闭合短路电流时安全）：关合电流大于短路电流最大冲击值sh Ncl i i ≥（4）热稳定校验和动稳定校验 k t Q t I ≥2sh es I I ≥4、隔离开关的选择（隔离电源、倒闸操作、分合小电流）：不能开断和关合电流，所以不必进行开断电流和关合电流校验（1）额定电压、额定电流额定电压：额定电压>电网额定电压（Ns N U U ≥）额定电流：额定电流>回路最大持续工作电流（max I I N ≥）（2）热稳定校验和动稳定校验 k t Q t I ≥2sh es I I ≥3. 了解互感器作用；了解误差及影响误差的因素；掌握互感器的选择方法和步骤；掌 握电流互感器准确级和额定容量的选择；注意计算长度的概念；掌握连接导线截面 的选择方法；掌握电压互感器的容量和准确级的选择，注意互感器和负荷接线方式 不一致时的折算。
发电厂电气部分第六章习题解答
第6章导体和电气设备的原理与选择6-1什么是验算热稳定的短路计算时间t k以及电气设备的开断计算时间t br？答：演算热稳定的短路计算时间t k为继电保护动作时间t pr和相应断路器的全开断时间t br之和，而t br是指断路器分断脉冲传送到断路器操作机构的跳闸线圈时起，到各种触头分离后的电弧完全熄灭位置的时间段。
6-2开关电器中电弧产生与熄灭过程与那些因素有关？答：电弧是导电的，电弧之所以能形成导电通道，是因为电弧柱中出现了大量的自由电子的缘故。
电弧形成过程：⑴电极发射大量自由电子：热电子+强电场发射；⑵弧柱区的气体游离，产生大量的电子和离子：碰撞游离+热游离。
电弧的熄灭关键是去游离的作用，去游离方式有２种：复合：正负离子相互吸引，彼此中和；扩散：弧柱中的带电质点由于热运行逸出弧柱外。
开关电器中电弧产生与熄灭过程与以下因素有关：⑴电弧温度；⑵电场强度；⑶气体介质的压力；⑷介质特性；⑸电极材料。
6-3开关电器中常用的灭弧方法有那些？答：有以下几种灭弧方式：1）利用灭弧介质，如采用SF6气体；2）采用特殊金属材料作灭弧触头；3）利用气体或油吹动电弧，吹弧使带电离子扩散和强烈地冷却面复合；4）采用多段口熄弧；5）提高断路器触头的分离速度，迅速拉长电弧，可使弧隙的电场强度骤降，同时使电弧的表面突然增大，有利于电弧的冷却和带电质点向周围介质中扩散和离子复合。
6-4什么叫介质强度恢复过程？什么叫电压恢复过程？它与那些因素有关？答：弧隙介质强度恢复过程是指电弧电流过零时电弧熄灭，而弧隙的绝缘能力要经过一定的时间恢复到绝缘的正常状态的过程为弧隙介质强度的恢复过程。
弧隙介质强度主要由断路器灭弧装置的结构和灭弧介质的性质所决定，随断路器形式而异。
弧隙电压恢复过程是指电弧电流自然过零后，电源施加于弧隙的电压，将从不大的电弧熄灭电压逐渐增长，一直恢复到电源电压的过程，这一过程中的弧隙电压称为恢复电压。
电压恢复过程主要取决于系统电路的参数，即线路参数、负荷性质等，可能是周期性的或非周期性的变化过程。
《发电厂电气部分》课后题部分答案
第一章电力系统概述1．何谓电力系统、动力系统及电力网?答：电力系统是指由发电机、输配电线路、变配电所以及各种用户用电设备连接起来所构成的有机整体。
动力系统由电力系统再加上发电厂的动力部分（火电厂的锅炉、汽轮机、热力管网等；水电厂的水库、水轮机、压力管道等）构成。
电力网指在电力系统中，由各种不同电压等级的电力线路和变配电所构成的网络，简称电网。
2．联合成电力系统并不断扩大有什么优越性?答：联合成电力系统并不断扩大的优越性有：（1）提高供电的可靠性；（2）减少系统中总备用容量的比重；（3）减少总用电负荷的峰值；（4）可以安装高效率的大容量机组；（5）可以水火互济节约能源改善电网调节性能；（6）可以提高电能质量。
3．何谓电力系统额定电压?我国电网和用电设备的额定电压有哪些等级?答：额定电压指某一受电器（电动机、电灯等）、发电机和变压器等在正常运行时具有最大经济效益的电压。
我国电网和用电设备的额定电压等级有220V、380V、3kV、6 kV、10 kV、35 kV、60 kV、110 kV、154 kV、220 kV、330 kV、500 kV、750 kV、1000 kV。
4．电能的质量指标有哪几项?简要说明其内容。
答：电能的质量指标主要是频率、电压和波形三项。
（1）频率：对大型电力系统，频率的允许范围为50Hz±0.2Hz，对中小电力系统，频率的允许范围是50Hz±0.5Hz。
（2）我国规定用户处的电压容许变化范围是：1）由35kV及以上电压供电的用户：±5％；2）由10kV及以下电压供电的高压用户和低压电力用户：±7％；3）低压照明用户：-10％～+5％。
（3）波形：电力系统供电电压或电流的标准波形是正弦波。
5．电力系统中性点有哪几种运行方式?各有什么优缺点?我国大体上用怎样的电压等级范围?答：（1）电力系统中性点运行方式电力系统中性点运行方式有中性点不接地、直接接地、经电阻接地和经消弧线圈接地运行方式。
发电厂电气部分第六章(3)
式中：Imax － 导体所在回路的最大持续工作电流 Ial
裸导体的选择
2.选择导体的截面大小 (2)按经济电流密度选择截面
作者：李长松 版权所有
当负荷电流通过载流导体时，将产生电能损耗。电能 损耗的大小与负荷电流的大小、母线截面(或母线电 阻)有关。
同一熔断器内，通常可分别接入额定电流 大于熔断器额定电流的任何熔体
6
7
用来保护电路中的电气设备免受过载和电路电流的危害。
不能用来正常地切断和接通电路，必须与其它电器（隔离开关、 接触器、负荷开关等）配合 广泛用在1000V及以下的装置中，在3~110kV高压配电装置作为 小功率电力线路、配电变压器、电力电容器、电压互感器等设备 的保护。
三、高压熔断器的分类
2. 非限流型高压熔断器：自然灭弧
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在熔体熔化后，短路电流不减小，一直达到最大值。 在第一次过零或经过几个半周期之后电弧才熄灭。
四、高压熔断器的选择和校验
1. 选择额定电压 非限流型： UN ≥ UNS
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限流型：
原因：
UN ≡ UNS
I
IN1 Id
2－截面较大 1－截面较小
三、高压熔断器的分类
分类方式 性能 保护范围 熄弧方式 安装场所 保护对象 型式 结 构 极数 底座绝缘子 限流式、非限流式 一般、后备、全范围 角壮式(大气中熄弧)、石英砂填料、喷射式、真空等 分类名称
户外、户内
变压器、电动机、电压互感器、单台并联电容器、电容 器组、电容器组、供电回路等 插入式、母线式、跌落式、非跌落式、混合式等 单极、三级 单柱、双柱
t 1 电源 2(粗) 1(细) d 2
电气工程基础第六章
《电气工程基础》题解(第6章)6-1何谓短路冲击电流？什么情况下短路产生的短路冲击电流有最大值？答：短路电流最大可能的瞬时值称为短路冲击电流。
取I m 0, R 0, 90时，当0,即短路恰好发生在电源电势过零时, 短路后T/2时刻左右出现短路电流的最大值。
6-2何谓短路电流有效值？有何作用?答：短路电流有效值I t是指以任时刻t为中心的个周期内瞬时电流的均方根值。
即：11 t 石 2 I t — T2：t2dtt.T t T t短路电流有效值主要用于校验某些电器的断流能力。
例如在选择断路器时必须使断路器的额定开断电流大于断路器开断瞬间的短路电流有效值。
6-3何谓冲击系数？工程计算中一般如何取值?答：根据推导可得短路冲击电流的计算式为: i i e °.01 /T a (i e o.01/T a)I* m 1pm 1pm e (1 e丿1pm令k im 1 e °°1/T a,称为冲击系数。
工程计算中一般按以下情况确定Km的值:(1)在发电机端部发生短路时，k im1.9 im(2) 在发电厂高压侧母线上发生短路时，k im 1.85 (3) 在其他地点短路时，k im 1.86-4何谓输入阻抗？转移阻抗？答：当网络化简为具有若干个电源的等值电路后，如下图图中：X jf 称为节点i 和节点f 之间的转移电抗。
即如果仅在i 路中加 电势E i ，其他电源电势均为零时，则E i 与在f 支路中所产生的电流的 比值就是i 支路与f 支路之间的转移电抗。
Ef jX ffX ff 称为短路点f 的输入电抗。
在所有电源电势均相等时，短路点的输入电抗为其自导纳的倒数，其值等于短路点 f 对其余所有电源节点 的转移电抗的并联值。
若所有的电源电势E 1 E 2 接入电势E f ，E i E n 0,并在短路点f 反向E i6-5何谓电流分布系数？它有何特点？答：网络中的某一支路的电流I i和短路电流I f的比值为电流分布系数，记为C i。
《发电厂电气部分》第三、第六章计算题 熊信银版
3.9设发电机容量为10万kW ，发电机回路最大持续工作电流I max ＝6791A ，最大负荷利用小时T max ＝5200h ，三相导体水平布置，相间距离a ＝0.7m ，发电机出线上短路时间t k ＝0.2s ，短路电流I ’’=36.0kA ，I tk/2＝28.0kA ，I tk ＝24.0kA ，周围环境温度+35℃，铝导体弹性模量E ＝7×1010Pa ，母线频率系数N f ＝3.56。
要求选择发电机引出导体。
学过第六章后的做题过程： 解：（1）按长期发热允许电流选择截面max 258008947()0.76g J I S mm J=== 发电机出口母线电流大，矩形母线不能满足要求，选用2条200mm ×90mm ×12mm 标准槽形母线，S ＝8080mm 2，K f ＝1.237，W Y ＝46.5×10-6m 3， J ＝294×10－8m 4，I Y25o ＝8800A 。
求得温度修正系数K ＝0.88，则I al35o ＝0.88×8800＝7744 （A ） > 6800A 在35℃时，导体长期工作温度：22max 2,35I 6791()35(7035)61.9I 7744w al al CC θθθθ︒⎛⎫=+-=+-⨯=︒ ⎪⎝⎭,35,35()I I I ()I w w max max w al Cal w al al C F R F R αθθθθθθαθθ︒︒⎛⎫⎫-= ⎪⎪-⎪ ⎪⇒=⎬ ⎪--⎪ ⎪= ⎪⎪⎭⎝⎭(2)校验热稳定由于t k ＝0.2s ，求得热效应Q k ＝Q p ＋Q np22222(10)161.867[()]12k k kp t t t Q I I I kA S ''=++=⋅ 2220.236259.2[()]np Q TI kA S ''==⨯=⋅正常运行时导体温度为61.92o ，查表得C ＝91， 则满足短路时发热的最小导体截面为622min 421.06710 1.237250.795()8080()91k f Q K S mm mm C⨯⨯===<k满足热稳定要求。
发电厂电气部分计算题答案
w F ( w )
w ( al )
61.9C
I2 max I2 al ,35 C
6791 35 (70 35) 7744
2
(2)校验热稳定（实用计算法） 由于 tk＝0.2s，求得热效应 Qk＝Qp＋Qnp t Qp k ( I 2 ] k 2 k 12
正常运行时导体温度为 61.92o，查表得 C＝91， 则满足短路时发热的最小导体截面为
Smin Qk K f C 421.067 106 1.237 250.795(mm2 ) 8080(mm2 )k 91
满足热稳定要求。 （3）共振校验—>选择绝缘子跨距 母线共振校验 m＝Sm＝4040×10－6×2700＝10.9（kg/m） 设共振频率 f1＝200Hz， 导体不发生共振时的最大绝缘子跨距：
0.525 1016 J m4
查图 3-13 得， h 71C 200C 满足热稳定要求。 学过第六章后的做题过程： 解： （1）按长期发热允许电流选择截面。
SJ
I g max J
5800 8947 (m m2 ) 0.76
发电机出口母线电流大， 矩形母线不能满足要求， 选用 2 条 200mm 2 × 90mm × 12mm 标准槽形母线， S ＝ 8080mm ， Kf ＝ 1.237 ， WY ＝ 46.5 × 10-6m3， J＝294×10－8m4，IY25o＝8800A。求得温度修正系数 K＝0.88， 则 Ial35o＝0.88×8800＝7744 （A） > 6800A (2)校验热稳定 tk＝0.2s，求得热效应 Qk＝Qp＋Qnp＝295.07×106（A2s） 正常运行时导体温度为 61.92o，查表得 C＝91， （导体正常运行时温度计 算详见上面） 则满足短路时发热的最小导体截面为
华北电力大学《发电厂电气部分》习题总结答案
华北电力大学《发电厂电气部分》习题总结答案《发电厂电气部分》复习第一章能源和发电1、火、水、核等发电厂的分类火电厂的分类：（1）按燃料分：燃煤发电厂，燃油发电厂，燃气发电厂，余热发电厂，利用垃圾和工业废料作为燃料的发电厂。
（2）按蒸汽压力和温度分：中低压发电厂，高压发电厂，超高压发电厂，亚临界压力发电厂，超临界压力发电厂。
（3）按原动机分：凝汽式汽轮发电厂，燃气轮机发电厂，内燃机发电厂，蒸汽--燃气轮轮机发电厂。
（4）按输出能源分：凝汽式发电厂，热电厂（5）按发电厂总装机容量的多少分：小容量发电厂，中容量发电厂，大中容量发电厂，大容量发电厂。
水力发电厂的分类：（1）按集中落差的方式分类：堤坝式水电厂（坝后式，河床式），引水式水电厂，混合式水电厂。
（2）按径流调节的程度分类：无调节水电厂，有调节水电厂（根据水库对径流的调节程度：日调节水电厂，年调节水电厂，多年调节水电厂）。
核电厂的分类：压水堆核电厂，沸水堆核电厂。
2、抽水蓄能电厂的作用调峰，填谷，备用，调频，调相。
3、发展联合电力的效益（1）各系统间电负荷的错峰效益。
（2）提高供电可靠性、减少系统备用容量。
（3）有利于安装单机容量较大的机组。
（4）进行电力系统的经济调度。
（5）调峰能力互相支援。
4、火电厂的电能生产过程及其能量转换过程P14火电厂的电能生产过程概括的说是把煤中含有的化学能转变为电能的过程。
整个过程可以分为三个系统：1、燃料的化学能在锅炉燃烧中转变为热能，加热锅炉中的水使之变为蒸汽，称为燃烧系统；2、锅炉中产生的蒸汽进入汽轮机，冲动汽轮机转子旋转，将热能转变为机械能，称为汽水系统；3、由汽轮机转子旋转的机械能带动发电机旋转，把机械能变为电能，称为电气系统。
能量的转换过程是：燃料的化学能－热能－机械能－电能。
5、水力发电厂的基本生产过程答：基本生产过程是：从河流较高处或水库内引水，利用水的压力或流速冲动水轮机旋转，将水能转变成机械能，然后由水轮机带动发电机旋转，将机械能转换成电能。
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第6章导体和电气设备的原理与选择
6-1什么是验算热稳定的短路计算时间t k以及电气设备的开断计算时间t br？
答：演算热稳定的短路计算时间t k为继电保护动作时间t pr和相应断路器的全开断时间t br之和，而t br是指断路器分断脉冲传送到断路器操作机构的跳闸线圈时起，到各种触头分离后的电弧完全熄灭位置的时间段。
6-2开关电器中电弧产生与熄灭过程与那些因素有关？
答：电弧是导电的，电弧之所以能形成导电通道，是因为电弧柱中出现了大量的自由电子的缘
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答：计量用电流互感器接线方式的选择，与电网中性点的接地方式有关，当为非有效接地系统时，应采用两相电流互感器，当为有效接地系统时，应采用三相电流互感器，一般地，作为计费用的电能计量装置的电流互感器应接成分相接线（即采用二相四线或三相六线的接线方式），作为非计费用的电能计量装置的电流互感器可采用二相三线或三相的接线方式，
6-6为提高电流互感器容量，能否采用同型号的两个互感器在二次侧串联或并联使用？
答：可以将电流互感器串联使用，提高二次侧的容量，但是要求两个电流互感器型号相同。
因为电流互感器的变比是一次电流与二次电流之比。
两个二次绕组串联后，二次电路内的额定电流不变，一次电路内的额定电流也没有变，故其变比也保持不变。
二次绕组串联后，因匝数增加一倍，
感应电势也增加一倍，互感器的容量增加了一倍。
也即每一个二次绕只承担二次负荷的一半，从而误差也就减小，容易满足准确度的要求。
在工程实际中若要扩大电流互感器的容量，可采用二次绕组串联的接线方式。
不能将电流互感器并联使用。
6-7电压互感器一次绕组及二次绕组的接地各有何作用？接地方式有何差异？
答：电压互感器一次绕组直接与电力系统高压连接，如果在运行中电压互感器的绝缘损坏，高电压就会窜入二次回路，将危及设备和人身的安全。
所以电压互感器二次绕组要有一端牢固接地。
6-8电流互感器的误差与那些因素有关？
6-9
降。
电流可达到额定电流的几十倍，此电流将产生很高的共振过电压，为此在LL上关联放电间隙EE，用以保护。
此外由于电容式电压互感器系由电容（C1C2）和非线性电抗所构成，当受到二次侧短路或断开等冲击时，由于非线性电抗的饱和，可能激发产生某次谐波铁磁谐振过电压，为了拟制谐振的产生，常在互感器二次侧接入D。
6-12在发电厂中，电压互感器的配置原则有那些？
答：1）母线；2）线路；3）发电机；4）变压器
6-13 如图6-14所示接线，设25MW 发电机（U N =10.5kV ，I N =1718A ），回路装有仪表：电流表3只，有功功率表、无功功率表、有功电能表、无功电能表、电压表及频率表各1只，互感器距控制室的距离为60m 。
试选择该回路中供测量表计用的电流互感器4及电压互感器13。
解：
6-14 选择10kV 配电装置的出线断路器及出线电抗器。
设系统容量为150MVA ，归算至10kV 母线上的电源短路总电抗X ?*Σ=0.14（基准容量S d ＝100MVA ），出线最大负荷为560A ，出线保护动作时间t pr ＝1s 。
解：假设选择断路器为SN10-10II Nbr =16kA ，全分闸时间t br =0.1s ，
L x 3I 1.12"=4离a ＝。
1查图6-17曲线2，得：2/68.0mm A J =，则：)(265368
.018042max mm J I S J === 选择100×10mm 2的三条矩形导体水平布置,允许电流A I C al 328425= ，集肤效应7.1=f K 截面积为3000mm 2。
当环境温度为C 40时：
2）热稳定校验。
正常运行时导体温度：
查表6－9，得热稳定系数93=C ，则满足短路时发热的最小导体截面为：
发电机出口短路待会，非周期分量等值时间T 取0.2s
满足热稳定要求。
3）动稳定校验。
导体自振频率由以下求得：
可不计母线共振影响。
取发电机出口短路时，冲击系数9.0=K ，则
母线相间应力计算如下：
母线同相条间作用应力计算如下：
1.010010==h b ，091.010010102=+=+-h b b b ，273.0110
304==+-h b b b 45.012=K ，6.013=K 则：
)(449701.0/7317010)6.045.0(8/10)(829291312Pa b i K K f sh b =⨯⨯+⨯=⨯⨯+=--临界跨距cr L （每
I max ＝6791A 电流I ''I max 223。